package com.frx.datastruct.chaptersix;

import java.util.LinkedList;
import java.util.Queue;
import java.util.Stack;

/**
 * @author ：frx
 * @date ：Created in 2019/2/26 22:53
 * @description：  二分搜索树
 * @modified By：
 * @version: ToDO
 */
public class BST<E extends Comparable<E>> {

    private class Node{
        public E e;
        public Node left,right;

        public Node(E e){
            this.e = e;
            left = null;
            right = null;
        }
    }
    /**  二分搜索树的根节点*/
    private Node root;
    private int size;

    public BST(){
         root = null;
         size = 0;
    }

    public int getMaxDepth(){
        return getMaxDepth(root);
    }
    private int getMaxDepth(Node node){
        if (null == node){
            return 0;
        }
        int leftDepth = getMaxDepth(node.left);
        int rightDepth = getMaxDepth(node.right);
        return (leftDepth > rightDepth ? leftDepth : rightDepth) + 1;
    }



    public int size(){
        return size;
    }

    public boolean isEmpty(){
        return size == 0;
    }

    public void add(E e){
        // null 也当作二分搜索树的一个节点
        root = add(root,e);
    }
    /**
     * 向以node为根的二分搜索树中插入元素e 递归函数  精简代码逻辑
     * */
    private Node add(Node node,E e){
        // 递归终止的条件，node==null必须插入新的节点
        if (node == null){
            size++;
            return new Node(e);
        }

        if (e.compareTo(node.e) < 0){
            // 小于当前根节点，将数据插入到当前根节点的左子节点处
            node.left = add(node.left,e);
        } else if(e.compareTo(node.e) > 0){
            // 大于当前根节点，将数据插入到当前根节点的右子节点处
            node.right = add(node.right,e);
        }
        // 等于当前根节点，不做任何操作 保证二叉搜索树不会有重复元素

        return node;
    }

    /**
     * 二分搜索树的查询操作 查找是否包含某个元素
     * */
    public boolean contains(E e){
        return contains(root,e);
    }
    /**
     *  查找的递归函数
     */
    private boolean contains(Node root,E e){
        // 递归的终止条件之一，根节点为空或一系列递归调用之后没有找到该元素
        if (root == null){
            return false;
        }
        // 递归的终止条件之一，找到元素等于根节点返回true
        if (e.compareTo(root.e) == 0){
            return true;
        } else if (e.compareTo(root.e) < 0){
            // 传入的节点数据小于当前根节点的数据，与当前根节点的左节点进行比较
            return contains(root.left,e);
        } else {
            // 去 root 的右子树查找
            return contains(root.right,e);
        }
    }

    /**
     *  二分搜索树的前序遍历
     * */
    public void preOrder(){
        preOrder(root);
    }
    /**
     * 前序遍历的递归算法
     * */
    private void preOrder(Node node){
        // 递归终止条件
        if (node == null){
            return;
        }
        // 打印该节点上的值
        System.out.print(node.e + " ");
        // 递归调用node.left和node.right
        preOrder(node.left);
        preOrder(node.right);
    }

    /** 中序遍历的递归实现*/
    public void inOrder(){
        inOrder(root);
    }
    private void inOrder(Node node){
        if (node == null){
            return;
        }
        inOrder(node.left);
        System.out.print(node.e + " ");
        inOrder(node.right);
    }

    /** 后序遍历的递归实现 */
    public void postOrder(){
        postOrder(root);
    }
    private void postOrder(Node node){

        if (node==null){
            return;
        }
        postOrder(node.left);
        postOrder(node.right);
        System.out.print(node.e + " ");
    }
    /** 前序遍历的非递归实现 借用栈来实现*/
    public void preOrderNR(){

        if (root==null){
            return;
        }

        Stack<Node> stack = new Stack<>();
        // 首先将根节点压入栈
        stack.push(root);
        while (!stack.isEmpty()){

            Node cur = stack.pop();
            System.out.print(cur.e + " ");
            // 考虑到栈是先入后出的数据结构 所以要先将右子节点压入栈，再将左子节点压入栈
            if (cur.right != null){
                stack.push(cur.right);
            }
            if (cur.left != null){
                stack.push(cur.left);
            }
        }
    }
    /** 二分搜索树的层序遍历，借用队列来实现*/
    public void levelOrder(){

        if (root == null){
            return;
        }
        Queue<Node> q = new LinkedList<>();
        // 首先将根节点添加进队列
        q.add(root);
        while (!q.isEmpty()){
            Node cur = q.remove();
            System.out.print(cur.e + " ");
            if (cur.left != null){
                q.add(cur.left);
            }
            if (cur.right != null){
                q.add(cur.right);
            }
        }

    }


    public E minmum(){
        if(size == 0){
            throw new IllegalArgumentException("BST is empty!");
        }
        Node minNode = minmum(root);
        return minNode.e;
    }
    private Node minmum(Node node){
        if (node.left == null){
            return node;
        }
        return minmum(node.left);
    }

    public E maxmum(){
        if (size == 0){
            throw new IllegalArgumentException("BST is empty!");
        }
        Node maxNode = maxmum(root);
        return maxNode.e;
    }
    private Node maxmum(Node node){
        if (node.right == null){
            return node;
        }
        return maxmum(node.right);
    }

    /** 删除树中最小元素*/
    public E removeMin(){
        E ret = minmum();
        root = removeMin(root);
        return ret;
    }

    private Node removeMin(Node node){

        // 递归终止条件  包含右边节点为空的情况
        if (node.left == null){
            // 保存当前节点的右子节点
            Node rightNode = node.right;
            node.right = null;
            size -- ;
            // 使右孩子成为新的节点
            return rightNode;
        }
        node.left = removeMin(node.left);
        return node;
    }
    /** 删除树中最大元素*/
    public E removeMax(){
        E ret = maxmum();
        root = removeMax(root);
        return ret;
    }

    private Node removeMax(Node node){

        // 递归终止条件
        if (node.right == null){
            Node leftNode = node.left;
            node.left = null;
            size -- ;
            return leftNode;
        }
        node.right = removeMax(node.right);
        return node;
    }

    /**  */
    public void remove(E e){
        root = remove(root,e);
    }
    private Node remove(Node node,E e){
        if (node == null){
            return null;
        }
        if (e.compareTo(node.e) < 0){
            node.left = remove(node.left,e);
            return node;
        } else if (e.compareTo(node.e) > 0){
            node.right = remove(node.right,e);
            return node;
        } else {
            if (node.left == null){
                Node rightNode = node.right;
                node.right = null;
                size --;
                return rightNode;
            }
            if (node.right == null){
                Node leftNode = node.left;
                node.left = null;
                size --;
                return leftNode;
            }
            // 待删除元素左右子树都不为空的情况
            // 待删除元素右边最小的元素
            Node successor = minmum(node.right);
            // 将待删除元素右边最小的元素设置为右边元素的根节点
            successor.right = removeMin(node.right);
            // 待删除元素左边的元素设置为右边最小元素的左子节点
            successor.left = node.left;

            node.right = node.left = null;
            return successor;
        }
    }
    @Override
    public String toString(){
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        generateBSTString(root,0,res);
        return res.toString();
    }

    private void generateBSTString(Node node,int depth,StringBuilder res){

        if (node == null){
            res.append(generateDepthString(depth) + "null\n");
            return;
        }
        res.append(generateDepthString(depth) + node.e + "\n");
        generateBSTString(node.left,depth+1,res);
        generateBSTString(node.right,depth+1,res);
    }

    /**  遍历深度的方法*/
    private String generateDepthString(int depth){
        StringBuilder res = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i<depth;i++){
            res.append("--");
        }
        return res.toString();
    }
}
